JPS63316430A - エネルギ−量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、適宜の感応物体に対する照射エネルギー量の
制御にかかるものであり、例えば、露光光としてエキシ
マ等のパルスレーザを使用する露光装置の露光量制御に
好適なエネルギー量制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のエネルギー量制御装置、例えば半導体素子製造用
の露光装置における露光光の制御手段装置としては、特
開昭６０−１６９１３６号公報に開示されているものが
ある。

この装置は、感応体（レジスト付きウェハ等）へ与える
露光エネルギーを、適正露光量よりわずかに少ない露光
エネルギーを与える粗露光と、残りの必要とされる露光
エネルギーを与える修正露光との２段階に分けることに
より、全体として露光エネルギーのばらつきを抑制する
ようにしたものである。

すなわち、複数パルスで１シヨツトの露光を行う場合、
エネルギー量を小さくした最終パルスによって露光量を
制御することにより、最適露光量を得るようにしている
。

面、ここで１シジノトとは一括露光方式の場合は、マス
クを介してウェハ全体に露光エネルギーが照射されるこ
とであり、ステンブアンドリピート方式の場合は、ウェ
ハ上の部分的な領域に露光エネルギーが照射されること
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以上のような手段では、最終パルスに含
まれるエネルギー量の誤差に（ばらつき）に対して何ら
配慮をされていないため、依然として露光量が適格に制
御されず、適切な露光を行なうことができないという不
都合がある。また、上記公報に指摘されているように、
半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程における露光
量の変動は、解像力や線幅の再現性に重大な影響を与え
るおそれがある。そして、他方では、集積回路の集積度
は近年増々向上しており、解像度等もより良いものが要
求されるに至っている。従って、露光エネルギーの制御
にも、増々高い精度が必要とされている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、露光
光量などのエネルギー量を、要求される精度に応して制
御することができるエネルギー量制御装置を提供するこ
とを目的とするもである。

［問題点を解決する為の手段］ 上記問題点を解決する為、 本発明は、エネルギー発生源から出力されるパルスエネ
ルギー量を調整する調整手段と、これらパルスのエネル
ギー量の積算値を計測する積算手段と、積算値をモニタ
ーして粗露光を行なう第１制御手段と、粗露光終了時の
積算値及び所定の制御精度等に応じて、パルスエネルギ
ー調整量のみ、またはパルスエネルギー調整量および修
正パルス数を制御する第２制御手段とを具備することと
した。

（作用〕 本発明においては、エネルギー発生源から出力されるパ
ルスのエネルギー量のパルス毎のばらつきを考慮に入れ
て、修正露光時のパルスエネルギー調整量および修正パ
ルス数を決定しているので、露光光量などのエネルギー
量を要求される精度に制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は、本発明の実施例によるエネルギー量制御装置
の構成を示しである。また、第２図には、主要部分の詳
細な構成例が示されている。

これら第１図及び第２図において、露光光源であるエキ
シマレーザなどの外部トリガ可能なパルスレーザｌＯか
ら出力されたレーザ光は、拡大レンズ１２、対物レンズ
１４を各々透過して、エネルギー量調整手段１６に入射
するようになっている。　　　　− エネルギ−ｆｆ１ｉｌｌ整手段１６は、第２図に示され
ているように、斜線部にレーザ光があたり、回転制御装
置１８によって制御される回転位置により、その透過エ
ネルギー量が制御される。なお、回転量は、図示しない
エンコーグなどによって検出されるようになっている。

エネルギーｆｆｉ調整手段１６を透過したレーザ光は、
ビームスプリッタ−２０に入射するようになっている。

ここでレーザ光は分割され、一方は集光レンズ２２を透
過して光量計測用の受光素子２４に入射し、他方は可干
渉除去装置２６に入射した後、更に光学的なインテグレ
ータ（プライアイレンズ等）２８、コンデンサレンズ３
０を透過してレチクル（マスクと同義）３２に入射し、
その後不図示の投影レンズを介して感光基板の露光に使
用されるようになっている。感光基板ｘｙに移動可能な
ステージ上にｉｌ！置されている。

次に、上述した受光素子２４の出力は、アンプ３４を介
して、積算光量記憶装置３６に入力され、ここで積算に
より得られた光量は、制御装置、３８に入力されるよう
になっている。制御装置３８は、入力されたデータある
いは予め設定されたデータに基づいて、エネルギー量調
整手段１６の回転制御装置１８およびパルスレーザ１０
に制御指令を行なう機能を有する。

すなわち、レチクル３２に達するレーザ光量は、制御装
置３８の指令により、パルスレーザｌＯ自身に含まれる
エネルギー変更手段（図示せず）と、エネルギー量調整
手段Ｉ６の回転量によって調整されるように構成されて
いる。

ここで、エネルギー量調整手段１６の具体例としては、
調整量を連続的に設定できるものとして偏光板があげら
れる。レーザ光が直線偏光である場合、偏光板の回転量
によって透過する光量は理想的には０−１００％の間で
変化する。第３図には、偏光板の回転量と、透過光量と
の関係の一例が示されており、透過光量変化は、偏光板
の回転角度位置に関してＣｏＳカーブになる。

また、エネルギー量調整手段１６の別の具体例としては
、調整量を離散的に設定するものとして数種類の荒さの
異なるメツシュフィルタを切換可能な構造にすることが
あげられる。数種類のメツシュフィルタを組み込んだエ
ネルギー量調整手段１６の一例を第４図に、このときの
エネルギー調整手段１６の回転量と透過光量の関係を第
５図に示す、第４図において、円板１６°には円周方向
に６つの円形開口部が形成され、開口１６’ａは単なる
透過孔で透過率は１００％であり、角度２πの位置に対
応する。そして荒さの異なるメツシュフィルタ１６°　
ｂ、１６’　　ｃ、１６”　６％　１６°　ｅ、１６°
　ｒが設けられ、夫々の透過光量は第５図のように角度
π／３毎に順次小さくなるように定められる。

次に、エネルギー積算量を制御目標範囲に制御するため
の手法について述べる。

通常、パルス発光型のレーザにおいては、パルスごとの
エネルギー量はある平均値のまわりにばらつく、今、露
光位置（例えば投影像面）でエネル＋−ｔのパルス間平
均値（例えば１００パルスの平均値）をＰ、そのばらつ
き量をδＰとおく。

適正エネルギー量はＮを粗露光平均パルス数としてＮ−
Ｐで表現できるものとする。また、修正露光パルス数を
ｎ、エネルギー量の目標制御精度をＡ（１％の場合、Ａ
−０，０１）とおく０本実施例においては、修正露光時
の積算エネルギー量のばらつきは、適正エネルギー量（
目標値）に対するばらつきにそのまま効く、そこで、修
正露光エネルギー量の最大値Ｐ°は、 δＰ　　　　− ζ（１＋（τ）　−ＡＭＩ　Ｐ　　　　　　・・・・・
・・・・（１）であり、これをｎパルスにわけて修正露
光したときのばらつきｌｓｐ’　は、 δＰ δＰ’＝　（１＋（τ）−＾旧・　δＰ１５　・・・・
・・・・・（２）で表わされる。さらにエネルギー量制
御精度がＡ以下であることより、式（２）から、δＰ これを整理すると式（３）が得られる。

エキシマレーザの場合、普通（δＰ／Ｐ）−１０％程度
であり、また、Ａを１％（０，０１）とすると、式（３
）より修正露光パルス数ｎが１のとき、Ｎは１０以上、
ｎが２のとき、Ｎは８以上となる。

すなわち、粗露光平均パルス数Ｎを大きくとれば、粗露
光完了時での積算工フルギー量のばらつきが少く修正露
光パルス数ｎは小さな値でよい、一方、スループットの
観点からは、総パルス数が小さい方がよいので、修正パ
ルス数ｎを複数パルスにしてＮを小さく押えることは意
味がある。ここで第６図の１シヨツトにおける適正露光
量を得るまでの露光の様子を示す、この図に示すように
本実施例においては、粗露光時は受光素子２４、アンプ
３４を介して積算光量記憶装置３６で１パルス毎に積算
光量を計算レフスｌパルスのエネルギー量のばらつきを
考慮して、次の１パルスによって積算値が制御目標値を
超える可能性が生じるところまで行なう。

具体的には適正露光量Ｎ−Ｐで規格化した粗露光終了判
定レベルＲｃを次の（４）式のように定める。

Ｒｃ＝　（１＋Ａ）−□・・・・・・・・・（４）そし
て実測した積算光量をＮ−Ｐで割り算した値が判定レベ
ルＲｃを越えるまで粗露光を行なうようにする。この判
定レベルＲｃに対応する積算値が本発明における目標値
よりも小さい所定値に相当する。

この粗露光の場合はエネルギー量調整手段１６（又は１
６′）の回転角を調整して、１００％（すなわち最大）
の透過率が得られるようにしておくとよい、そして最適
な粗露光パルス数Ｎ（Ｎ２２）が得られるようにパルス
レーザ−Ｏの出力エネルギー量を調整しておく、このよ
うにすれば、Ｎを小さく押えることができる。粗露光が
終了すると、それまでの光量積算値、制御目標値、精度
Ａ及びパルスエネルギーのばらつきδＰ／Ｐに応じて式
（３）に基づいて修正パルス数と修正パルスのエネルギ
ー量を決定する。エネルギー量に関しては調整手段１６
（又は１６°）を回転させて所定の通過率が得られるよ
うに設定する。そして、所定のパルス数で修正露光が行
なわれる。

具体的には、第３図に示した回転偏光板１６の場合は、
先の式（３）により確認を行った上で修正パルス数ｎを
固定して、エネルギー量（透過率）を適切にｔＡ整して
やればよい、また第４図に示した数種類のメツシュフィ
ルタを有する回転板１６゜の場合には、修正露光時のエ
ネルギー調整量が第５図のように離散的であるから、制
御精度Ａを達成するために、粗露光終了時点の積算光量
値（不足の露光Ｍ）に応じて、メツシュフィルタの透過
率と修正パルス数との適切な組み合わせが存在すること
になる。この場合も、頌りの修正露光量をｎパルスで行
なうとして、先の式（３）により確認を行なうとよい。

ここで、修正露光時のエネルギー調整ＩＪａを修正パル
ス数ｎの決定式について述べる。ここでエネルギー調整
１Ｊａとは、粗露光時のパルス間平均エネルギー（Ｐ）
に対する修正露光時のパルス間平均エネルギーの比であ
る。今、粗露光終了時の積算光量を１とおくと、 δＰ Ｎ　　　　　　　　　　Ｎ−Ｐ δＰ ｎ　ＭＦＶ　（−） （ｌ−＾）−□・ａ・・・・・・・・・（５）δＰ かつ、Ａ＞□・ａ　　　　・・・・・・・・・（６）を
満たすａ、ｎであれば、修正露光後の積算光量は、適宜
露光量Ｎ−Ｐに対し、±Ａの制御精度が保護されること
になる。

以上、本実施例により、各パルスのエネルギー量の積算
値を要求される精度に正確に制御することができる。

次に、露光装置として本発明を適用した場合の具体的な
シーケンスについて第７図を用いて説明する。

まず、ステップ１００で適正露光量がオペレータにより
入力される０次に、ステップ１０２で露光面上での１パ
ルスの平均エネルギーＰの測定を行なう、これは、第１
図、第２図では不図示の感光基板が；ｉｔされるべきＸ
Ｙステージ上に設置された光電センサ（照度測定計）に
よりおこなわれ、複数パルスの平均により、ｌパルスの
エネルギーのばらつきの寄与を消去するものとする。こ
の光電センサは予め較正されているものとすれば、オペ
レータにより入力された適正露光量とから、直ちに、粗
露光平均パルス数Ｎが求まる（ステップ１０４）、次に
、Ｎが（３）式を満たしているか否かと判断しくステッ
プ１０６）、満たしていない場合は、ステップ１０Ｂで
エネルギー調整手段１６（又は１６°）あるいはレーザ
１０自体により、露光面でのエネルギーを減衰させたの
ち、再度Ｐの測定に戻る。さて、Ｎが（３）Ｘを満たし
ている場合には、（４）弐により、粗露光終了判定レベ
ルＲｃが求まる（ステップ１１０）。そして、次にＸＹ
ステージが移動して感光基板を所定位置にアライメント
後、粗露光が開始される。粗露光時はｌパルスごとに積
算光量■のチェックがおこなわれ（ステップ１１２．１
１４）、粗露光終了判定レベルＲｅを越えた時点で、修
正露光に入る。この時、すでに露光量制御精度が満たさ
れているか否かを判断しくステップ１１６）、満たされ
ていれば、修正露光は不要であるからこの位置での露光
を終了し、次のステップ１１Ｂに進む、また、修正露光
が必要な場合には、（５）（６）式より、エネルギー調
整量ａとパルス数Ｎを決定後（ステップ１２０）、修正
露光をおこなう（ステップ１２２）。

次に、ステップ１１Ｂにおいて感光基板上の別の場所で
同様な露光をおこなうと判断された場合は、ステップ１
２４でａを１．０（１００％）にインシャライズ後、次
の露光に入る。また、感光基板上の必要な場所すべてで
露光が終了したときは、一連のシーケンスが終了するこ
ととなる。

以上により、第７図のようなフローチャートに従えば、
能率よく、要求された露光量制御精度でもって露光をお
こなうことができる。

ところでエネルギー源がレーザ光の場合、レーザ光の持
つ可干渉性により露光面においてスペックルと呼ばれる
照度むらが生じることがある。照度むらは半導体素子製
造のフォトリングラフィ工程におけるパターン線幅のコ
ントロールに重大な影響を与える。そこで特開昭５９−
２２６３１７号公報に開示されているような手法でスペ
ックを低減させることも考えられている０本発明による
エネルギー量制御は、このようなスペックル低減策と組
み合わせて用いるとより効果的である。

上記公報におけるスペックル低減策（インコヒーレント
化）では、レーザ光を振動ミラー等により一定周期で２
次元振動（ラスタースキャン）させて、レーザ光の照明
光路をわずかにずらしていくものであり、空間的にコヒ
ーレンシイを低減させていくものである。このような手
法の照明系にエキシマレーザ光のようなパルスエネルギ
ーを通す場合は、ミラー等による２次元走査に同期させ
て複数のパルスを照射することになる０通常エキシマレ
ーザの発振パルス幅は２０ｎＳｅｃ程度と掻めて短く、
ミラー等を数十Ｈｚ程度で振動させたとしてもエキシマ
レーザの１パルスはミラーの２次元振動周期中は、あた
かも静止しているようにふるまう、第８図は、先の特開
昭５９−２２６３１７号公報に開示された手法を用いた
ときに、レーザ光（パルス光）をスキャンさせて生じる
投影レンズの瞳面での光源像（レーザスポット）の様子
を示す平面図である。投影レンズの瞳面ｅｐにはオブチ
カルインテグレータ２８の射出端の像が形成され、所謂
ケーラー照明が行なわれるものとする。オプチカルイン
テグレータ２８に入射するパルスエネルギーを平行光と
し、その入射角がわずかに変化するようにミラー等で偏
向すると、インテグレータ２８を構成する複数のレンズ
素子（ロッドレンズ等）の各々の射出面にできるスポッ
ト光ＳＰの位置も２次元的に変化する。ミラー等の偏向
角は極めて小さいため、小ミラーをピエゾ素子でドライ
ブする程度で十分である。第９図はインチグレー２２日
の１つのレンズ素子２８°の拡大図であり、２次元走査
の軌道ＳＬに沿って適宜パルス発光させ、１回の走査中
にスポット光Ｓ　ｌ）の位置を変えて点在させる。第９
図は模式的に示したものであり、実際のスポット光ＳＰ
の大きさはレンズ素子２８″の端面の大きさ程度に近づ
くこともある。第９図では１回の走査で１１パルスの発
光がおこなわれている。またパルス発光のｌ走査期間中
の位置はレンズ素子２８′の端面中で規則的な位置、ラ
ンダムな位置のいずれであってもよい。

このような手法の場合、ミラーによるｌ走査の間に複数
のパルスが打たれることで、レチクル３２（又は感光基
板）上で生じるスペックル縞が移動し、その複数のパル
スの積算後には照明むらが低減されるというものである
。

このスペックル低減策と本実施例のエネルギー量制御方
式とを組み合わせる場合は、第６図中の粗露光動作時に
行なうと効果的である。すなわち第６図の粗露光時の１
パルス分のエネルギーｆｌ、１回の２次元走査中に打つ
複数のパルスの合計エネルギー量に置き換えて考えれば
よい、従って、この場合は１回の走査中に打たれる各パ
ルス毎のエネルギー量は第６図の粗露光中のパルスエネ
ルギー量よりも十分小さくする必要がある。またミラー
による２次元走査も複数回行なわれることもある。

そして修正露光時は照度むらに与える影響は少ないので
、粗露光時のような置き喚えは行なわず、第６図中の修
正露光時の１パルスは走査期間中の１パルスと同じに扱
えばよい、このようにするとスルーブツトの点で有利で
ある。また、オブチカルインテグレータとビームスキャ
ンによりレーザ光をインコヒーレント化する場合、特開
昭５８−１４７７０８号公報に開示されているように、
オブチカルインテグレータを２段配置にするとよい。

このようにすると、１段のインテグレータに含まれるレ
ンズ素子をｍ個とすると、投影レンズの瞳面ではｍ　Ｘ
　ｍ個の２次光源像（レーザのスポット光）ができ、照
度均一性がより高精度になるからである。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明によれば、エネルギー発生源から出力
されるパルスのエネルギー量にパルス間ばらつきがあっ
たとしても、その積算値を目標値に対して要求される精
度内に押えることができる。

また、機械の駆動等によるエネルギー量の調整動作が修
正露光直前の１回のみであるので、スループットの観点
からも有利である。更に、修正露光時のパルス数を複数
パルスにすることにより総置光パルス数を減らすことが
でき、やはりスループットの観点から有利である。

また、エネルギー源がレーザ光の場合スペックル対策と
組み合わせることができ、効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例によるエネルギー制御
装置の構成を表わす図、第３図は、エネルギーの連続的
な調整手段の回転量と透過光量の関係を表わすグラフ、
第４図は、エネルギーの離散的な調整手段としてのメツ
シュフィルタの構成を示す平面図、第５図は第４図に示
した調整手段の回転量と透過光量の関係を表わすグラフ
、第６図は、本実施例における露光の様子を示すタイミ
ングチャート図、第７図は実際の露光動作時の具体的な
シーケンスを表わすフローチャート図、第８図はオプチ
カルインテグレータの瞳面での様子を示す平面図、第９
図はインテグレータの１つの素子の端面でのビームスキ
ャンの様子を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明］ １０・・・パルスレーザ １６・・・エネルギー調整手段 ２０・・・ハーフミラ− １８・・・エネルギー調整手段回転制御装置２４・・・
受光素子 ３６・・・積算光量記憶装置 ３８・・・制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、エネルギー発生源から発生して被照射物に達す
   るパルスエネルギー量の総和を所定の範囲内に制御する
   装置において、 前記被照射物に達するパルスエネルギー量を調整する調
   整手段と； 前記パルスエネルギー量の積算値を計測する積算手段と
   ； 該積算手段による積算値が目標値よりも小さい所定値を
   超えるまで、前記エネルギー発生源から単数もしくは複
   数のパルスエネルギーを射出させる第１制御手段と； 前記所定値を超えた時点で、前記目標値に到達するのに
   必要な修正エネルギー量を算出し、該算出結果とパルス
   エネルギーのばらつきと前記目標値への制御精度とに基
   づいて前記調整手段と前記エネルギー発生源に達するエ
   ネルギー調整量および／■たはパルス数の条件を算出す
   る演算手段と該条件に基づいて前記被照射物へパルスエ
   ネルギーの修正照射を行なう第２制御手段とを備えたこ
   とを特徴とするエネルギー量制御装置。
2. （２）、前記目標値よりも小さい所定値は、前記パルス
   エネルギー量の１パルス分が次に照射されると、該パル
   スエネルギー量の平均的な大きさとばらつきによって前
   記積算値が目標値に対する制御精度からはずれると予測
   される値に定められることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の装置。
3. （３）、前記調整手段が調整量を連続的に変化させる場
   合、前記演算手段は前記修正照射のパルス数を予め所定
   値に設定し、必要とされるパルスエネルギー調整量を算
   出することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装
   置。
4. （４）、前記調整手段が調整量を離散的に変化させる場
   合、前記演算手段は前記修正照射時のエネルギー調整量
   とパルス数との最適な組み合わせを選択することを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の装置。